Pumpen

Individuelle Komplettlösung

28.09.2006 | Redakteur:

Drehzahlgeregelter motormontierter Pumpenantrieb erfüllt die vielfältigen technischen Anforderungen der Industrie.

Zur Drehzahlregelung von Kreiselpumpen in industrieller Anwendung nutzen die Anwender heute fast ausschließlich Frequenzumrichter (FU), die in bauseitig vorhandenen Schaltanlagen eingebaut sind. Anders als in der Gebäudetechnik haben integrale, drehzahlgeregelte Pumpenantriebe im industriellen Einsatz nur eine geringe Marktdurchdringung erreicht.Betrieb von Anlagen erfordert individuelle PumpenSo behandeln die Anlagenbetreiber drehzahlgeregelte Pumpensysteme bei der Planung oder Umrüstung oft wie drei getrennte Komponenten. Die Gründe dafür sind vielfältig. Außer dem Bemessungsförderstrom und der Bemessungsförderhöhe spielen hier viele weitere Auswahlkriterien, wie die Eigenschaften des Fördermediums, des Medientemperaturbereiches sowie unterschiedliche baulich-konstruktive Vorschriften eine Rolle. Bei der Wahl der Motoren gibt es oft Werksnormen, die genaue Motorausführungen oder Hersteller vorschreiben. Am Ende der Auslegung ordnet ein Antriebsspezialist anhand des Motorstroms einen Frequenzumrichter zu. So vielfältige technische Anforderungen an die Aggregate machen ganz individuelle Pumpenausführungen erforderlich. Eine solche Variantenvielfalt kann kein Pumpenhersteller mit fertig konfektionierten Komplettaggregaten wirtschaftlich abdecken. Um dennoch die Vorteile der integralen Bauweise zu nutzen, hat die KSB Aktiengesellschaft, Frankenthal, die motormontierte Lösung Pump-Drive zur Drehzahlregelung von Kreiselpumpen bis 45 kW entwickelt. Anders als bei fertig konfektionierten Integralmotoren können bei dieser Neuentwicklung alle in den Werksnormen der Betreiber vorgeschriebenen Motorfabrikate verwendet werden. Trotzdem erhält der Betreiber ein einbaufertiges Komplettaggregat, das ihm gegenüber der heutigen Schaltschranklösung viele Vorteile bietet. Er bekommt eine vom Pumpenhersteller genau aufeinander abgestimmte Kombination von Pumpe, Motor und Frequenzumrichter. Alle Parameter, die zum Erstbetrieb des Aggregats nach dem Zuschalten der Versorgungsspannung erforderlich sind, sind werkseitig voreingestellt. Regelungstechnische Aufgaben wie Differenzdruck-, Enddruck- oder Temperaturregelung werden mittels integriertem PI-Regler ohne zusätzliche Einrichtungen mit erfüllt. Teilweise ist die dafür notwendige Sensorik im Pumpengehäuse enthalten oder durch intelligente Betriebspunktbestimmung gänzlich überflüssig geworden. Der Einbau in die Rohrleitung unterscheidet sich nicht von einer Pumpe mit konstanter Drehzahl, genauso wie die Inbetriebnahme heute keinen zusätzlichen Aufwand mehr hervorruft. Auch gegenüber der weit verbreiteten Schaltschrank-Lösung bietet die motormontierte Ausführung viele Vorteile. Die Verantwortung für die Sicherheit des Zusammenspiels aller Komponenten liegt beim Pumpenhersteller und nicht mehr beim Anlagenplaner. Deshalb entfällt für ihn die individuelle Prüfung der Schnittstellen zwischen den Komponenten vor der Montage und bei der Installation. Der Einkauf hat nur einen einzigen Termin, den er verfolgen muss. Die Beschaffung von Pumpe, Motor, Frequenzumrichter, Motorkabel, Signalleitung und Kleinmaterial bei verschiedenen Herstellern erübrigt sich. Auch die Inbetriebnahme des Systems ist wesentlich einfacher. Will man mit Standard-Frequenzumrichtern, wie sie viele Betreiber sogar lagerhaltig bevorraten, ein ähnlich gutes Zusammenspiel aller Bausteine erzielen, muss das Personal über sehr gute hydraulische und elektrotechnische Kenntnisse verfügen. So muss man zum Beispiel, um einen energiesparenden Betrieb zu erreichen, die Spannungs-Frequenz-Kennlinie des Frequenzumrichters auf eine quadratische Charakteristik einstellen. Schließlich ist es ein Unterschied, ob man ein mit Kies beladenes Förderband betreibt, bei dem man sofort nach dem Einschalten ein starkes Drehmoment benötigt, oder eine Kreiselpumpe, die nur ein ganz geringes Anlaufdrehmoment besitzt. Reduzierte Verkabelung sorgt für geringere BetriebskostenAuch der Verkabelungsaufwand bei der Schaltschrank-Lösung ist nicht unerheblich. Je nach Entfernung zwischen Motor und Frequenzumrichter muss man überprüfen, ob die Verbindungsleitung geschirmt oder ungeschirmt auszuführen ist oder ob Sinusfilter benötigt werden. Außerdem kann nicht jeder Frequenzumrichter das Signal eines Kaltleiterfühlers von einem Motor verarbeiten. Um beim späteren Betrieb Informationen über den hydraulischen Zustand des Systems zu bekommen, müssen Informationen über Strom, Frequenz, Leistung, die ein handelsüblicher Frequenzumrichter zur Verfügung stellen kann, herangezogen und interpretiert werden. Dies verlangt sehr viel Erfahrung und kann vom normalen elektrotechnischen Personal kaum geleistet werden. Selbst wenn jemand diese Kenntnisse besitzt, sind die Ergebnisse ungenau, weil die vom Frequenzumrichter gelieferten Daten nicht speziell für hydraulische Anwendungen ausgegeben werden.Durch die Verwendung betriebsfertiger, drehzahlgeregelter Pumpensysteme sinken die Investitions- und Betriebskosten bei industriellen Anwendungen deutlich. Der reduzierte Aufwand bei der Auslegung und der Wegfall der in der Regel geschirmten Verbindungsleitung zwischen Umrichter und Motor bringen Vorteile, welche die höheren Anschaffungskosten der Antriebsgruppe nach kurzer Zeit aufwiegen. Zusätzliche hydraulische Funktionen, wie die Kompensation der förderstromabhängigen Rohrreibungsverluste und ein sensorloser Trockenlaufschutz sowie die Ausgabe von Warnungen beim Durchfahren von Teillastgebieten schonen Pumpen und Anlagen. Deren Standzeiten verlängern sich und die Lebenszykluskosten sinken. Ein angeschlossener Drucksensor wird automatisch erkannt und führt den Antrieb selbstständig zu einer geregelten Betriebsweise. Bis zu sechs Pumpen arbeiten parallel zusammenBis zu sechs mit Pump-Drive ausgestattete Pumpen können ohne zusätzliche Hardware im Pumpenparallelbetrieb zusammenarbeiten. Die Aggregate kommunizieren dabei über eine Busleitung. Sie bekommen von einer als Master eingestellten Pumpe den zur Erreichung des gemeinsamen Sollwertes notwendigen Arbeitspunkt so vorgegeben, dass die komplette Anlage möglichst wenig Energie verbraucht. Eine Klartextanzeige auf der Bedieneinheit der Masterpumpe gibt außer anderen Informationen über den Betriebszustand, den Förderstrom, die Förderhöhe und die Leistungsabgabe aller Aggregate Auskunft.Für einen Planer ist eine solche drehzahlgeregelte Pumpe eine abgeschlossene Funktionseinheit mit schlanker, eindeutiger Schnittstelle zur Anlage. Die Verantwortung für das Pumpensystem sowie dessen energieoptimierten Betrieb auch bei wechselnder Belastung liegt damit beim Hersteller. Auch bei einer Nachrüstung bereits bestehender ungeregelter Pumpenanlagen profitieren die Anlagenbauer von reduziertem Installationsaufwand. Die Vorteile und die konstruktive Flexibilität motormontierter Antriebe werden dazu führen, dass sich diese Bauweise in der Industrie ebenso etablieren wird, wie dies in der Gebäudetechnik bereits seit langem der Fall ist.